Stam- (roze) en hecatonoblastcellen (blauw) (afb: Frederick Mann et al./Cell Reports)

Platwormen kunnen zichzelf herbouwen vanuit slechts een klein fragment. Wetenschappers denken nu te weten hoe dat komt. Hun stamcellen negeren instructies van dichtbij en reageren op signalen van andere weefsels over lange afstanden. Daarbij zouden voorheen niet eerder ontdekte hecatonoblastcellen een rol spelen.
Bij de meeste dieren vertrouwen stamcellen op buurcellen om hen te vertellen wat ze moeten doen. Nieuw onderzoek van het Stowersinstituut voor medisch onderzoek laat echter zien dat dat bij platwormstamcellen anders werkt. In plaats van te luisteren naar hun directe buren, volgen ze hun instructies op van cellen die zich verder weg in het lichaam bevinden. Dit verrassende gedrag verklaart mogelijk hoe platwormen ontbrekende delen zo effectief kunnen laten aangroeien. De onderzoekers dromen er dan onmiddellijk van om menselijke stamcellen met die uitzonderlijke eigenschappen uit te rusten. Onsterfelijkheid blijft des ’s mensen streven (althans van sommigen).

Het onderzoek onder aanvoering van Frederick Mann zou een langgekoesterd biologisch principe ter discussie stellen, vindt de persberichtschrijver. Normaal zitten stamcellen vast aan de (signalen van de) buren. Mann: “Menselijke bloedvormende stamcellen bevinden zich bijvoorbeeld in niches in het beenmerg waar ze zich delen om zichzelf te veranderen in nieuwe bloedcellen.”
De onderzoekers ontdekten dat het buitengewone vermogen van platwormen om verloren delen te herstellen, of het nu gaat om een ​​geamputeerde kop of een heel lijf uit een fragment, ​​te maken heeft met stamcellen die vrijer functioneren dan die van de meeste andere dieren. “Begrijpen hoe stamcellen in levende organismen worden gereguleerd, is een van de grootste uitdagingen op het gebied van stamcelbiologie en regeneratieve geneeskunde”, zegt medeonderzoeker Sánchez Alvarado.
“Deze bevinding daagt ons concept van een stamcelniche uit en kan ons begrip van hoe we het vermogen van stamcellen om beschadigd weefsel te herstellen kunnen reguleren aanzienlijk vergroten.”

Hoe het precies werkt weten de onderzoekers nog niet. Die buurtgebonden sturing zorgt ervoor dat niet zomaar overal allerlei soorten cellen, inclusief kankercellen, kunnen ontstaan, is het idee. Alvarado: “Onze hoop is de basisregels te ontdekken die stamcellen ertoe aanzetten zich te ontwikkelen tot specifieke weefsels in plaats van zich te gedragen als een soort crimineel, aangezien de meeste tumoren bij mensen ontstaan ​​wanneer stamcellen deze regels niet meer volgen.”
Mann: “De rol van een traditionele niche lijkt mogelijk meer op die van een microbeheerder die cellen instrueert: ‘Je kunt een stamcel zijn, maar slechts voor één specifiek type. We hebben nu echter aangetoond dat een normale niche mogelijk niet essentieel is voor het functioneren van stamcellen. Sommige stamcellen hebben een manier gevonden om onafhankelijk te zijn en kunnen zich in elk type cel ontwikkelen zonder een niche in de buurt nodig te hebben.”

Hecatonoblasten

Met behulp van een geavanceerde techniek, ruimtelijke transcriptomie genaamd, onderzochten de onderzoekers welke genen actief waren in individuele cellen en hun omgeving. Ze ontdekten nooit eerder beschreven cellen met vingerachtige uitsteeksels. De onderzoekers noemden deze cellen ‘hecatonoblasten’, naar Hecatoncheires, een veelarmige reus uit de Griekse mythologie. Mann: “Omdat ze zich zo dicht bij stamcellen bevonden, waren we verrast te ontdekken dat hecatonoblasten hun lot of functie niet beheersten, wat in strijd is met een typische stamcel-nicheverbinding.”
In plaats van dat nabijgelegen cellen de leiding namen, kwamen de sterkste instructies voor de stamcellen van darmcellen, het op één na meest voorkomende type. Deze verre cellen leken de positie en functie van de planariastamcellen tijdens de regeneratie te beïnvloeden, zelfs van veraf.

“Ik zie dit eerder als lokale versus wereldwijde communicatienetwerken”, aldus medeauteur Blair Benham-Pyle, eerder verbonden aan het Stowersinstituut. “Terwijl interacties tussen stamcellen en hun naburige cellen van invloed zijn op hoe een stamcel onmiddellijk reageert, kunnen verre interacties bepalen hoe diezelfde stamcel reageert op grote veranderingen in een organisme.”

Het onderzoek toonde aan dat planaria-stamcellen functioneren zonder een vaste, op contact gebaseerde niche. “We ontdekten dat er geen specifiek celtype of factor direct naast stamcellen zit die hun identiteit aanstuurt”, aldus Benham-Pyle. De onderzoekers dat deze unieke onafhankelijkheid kan verklaren waarom planaria’s zo volledig kunnen regenereren terwijl de meeste dieren dat niet kunnen.
Benham-Pyle: “De grote ontdekking is een eigenschap van de planaria die zowel subtiele lokale interacties als globale signaalgebeurtenissen mogelijk maakt die stamcellen in staat stellen deze opmerkelijke regeneratieprestaties te leveren.”
Alvarado: “De verrassendste bevinding is dat, in ieder geval bij planaria’s, de omgeving waarin de stamcellen zich bevinden niet vastligt. In plaats daarvan is die dynamisch, de plek waar stamcellen zich bevinden, wordt in wezen gevormd door ‘vrienden’ die de stamcellen en hun nakomelingen maken tijdens hun differentiatie.”
“Hoe beter we begrijpen hoe nabijgelegen cellen en algemene signalen in het lichaam samenwerken om het vermogen en de kracht van onze stamcellen te versterken, hoe beter we manieren kunnen vinden om het natuurlijke herstel van het lichaam te verbeteren. Deze kennis kan in de toekomst helpen bij de ontwikkeling van nieuwe behandelingen en regeneratieve therapieën voor mensen.”

Bron: Science Daily